在結(jié)合了形狀記憶合金線的機(jī)構(gòu)中補(bǔ)償不完整的反轉(zhuǎn)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及在結(jié)合了形狀記憶合金線的機(jī)構(gòu)中補(bǔ)償不完整的反轉(zhuǎn)。形狀記憶合金（SMA）致動(dòng)元件通常較簡(jiǎn)單并且具有比其它致動(dòng)器設(shè)計(jì)更輕的質(zhì)量，并且可以在運(yùn)輸工業(yè)中有特定應(yīng)用。這種SMA驅(qū)動(dòng)的裝置通常是可靠并且長(zhǎng)壽命的，但在SMA合金中發(fā)生并且對(duì)其用途有用的相變不是完全可反轉(zhuǎn)的。隨著不可恢復(fù)的應(yīng)變?cè)诤芏嗖僮餮h(huán)上累積，這種由不可恢復(fù)的應(yīng)變導(dǎo)致的不可反轉(zhuǎn)性可能逐漸地?fù)p害長(zhǎng)期致動(dòng)器性能。本發(fā)明描述了用于補(bǔ)償這些影響并且延長(zhǎng)SMA致動(dòng)器的可用循環(huán)壽命的方法和裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】在結(jié)合了形狀記憶合金線的機(jī)構(gòu)中補(bǔ)償不完整的反轉(zhuǎn)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過(guò)補(bǔ)償長(zhǎng)的形狀記憶合金部件的長(zhǎng)度的任何使用中的增加來(lái)自動(dòng)地恢復(fù)裝置性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]很多機(jī)械裝置結(jié)合了設(shè)計(jì)成在第一構(gòu)造和第二構(gòu)造之間反復(fù)循環(huán)的機(jī)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作的一種方式是使用結(jié)合了長(zhǎng)形狀記憶合金元件(諸如線)的機(jī)構(gòu)作為機(jī)械致動(dòng)裝置。但這些線或其它元件在長(zhǎng)期使用下可能經(jīng)歷不期望的伸展并且降低性能。
[0003]很多機(jī)械裝置可以采用兩個(gè)基本固定構(gòu)造之一并且在兩個(gè)操作位置之間反復(fù)循環(huán)。這些位置可以被指定為關(guān)/開(kāi)或打開(kāi)/關(guān)閉或伸展/縮回或接合/脫開(kāi)或一些類(lèi)似的技術(shù)。這種裝置的示例性的汽車(chē)示例包括可縮回的氣壩、閂鎖以及離合器等。其它的機(jī)械裝置除了 “打開(kāi)”和“關(guān)閉”位置之外可以采取在這些極限之間的一系列中間位置。這種裝置的示例性汽車(chē)示例是用于空氣受控通過(guò)的一組百葉窗，其可以是“關(guān)閉”、“打開(kāi)”、“50%打開(kāi)”、“85%打開(kāi)”等，以及流體流量閥、后視鏡或側(cè)鏡或遮陽(yáng)板或遮光板。兩種類(lèi)型的裝置都可以使用結(jié)合了長(zhǎng)的形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器的機(jī)構(gòu)來(lái)操作。
[0004]SMA致動(dòng)的裝置在車(chē)輛中有特定應(yīng)用，其中它們的低質(zhì)量結(jié)合它們的可靠性以及相對(duì)簡(jiǎn)單性使得他們是對(duì)諸如電螺線管或馬達(dá)的機(jī)電裝置的有吸引力的替代物。當(dāng)裝置的行程或操作范圍有限時(shí)，尤其如此。
[0005]SMA致動(dòng)器的操作依賴(lài)于SMA合金的有用屬性，即它們?cè)诒患訜釙r(shí)可以有力地收縮或縮短長(zhǎng)度。由這種SMA產(chǎn)生的力是顯著的，并且可以足夠大以便甚至在遇到一些機(jī)械或其它阻力時(shí)操作裝置。
[0006]裝置可以結(jié)合各種構(gòu)件和機(jī)構(gòu)來(lái)獲得期望的運(yùn)動(dòng)范圍，但SMA致動(dòng)器的關(guān)鍵構(gòu)件是與偏置元件串聯(lián)布置的預(yù)先選定長(zhǎng)度的SMA合金，該偏置元件產(chǎn)生偏置力以重置裝置并且使其準(zhǔn)備好再次使用。偏置元件的通常形式是彈簧，但也可以使用其它的方式，諸如靜重量或液壓缸等。SMA可以適當(dāng)?shù)厥蔷€、帶、鏈、線纜、條帶的形狀，或者是能夠承受拉伸負(fù)荷的任何其它長(zhǎng)的SMA形狀。彈簧通常在一端附接到支撐件，并且在其另一端附接到SMA線的一端，SMA線的第二端附接到第二支撐件。要被移動(dòng)的工件或構(gòu)件位于線和彈簧之間?？梢圆捎脵C(jī)械止動(dòng)件來(lái)強(qiáng)迫執(zhí)行僅預(yù)定范圍的運(yùn)動(dòng)。
[0007]SMA由于其在兩種晶相中存在的能力而獲得其有用的特性，兩種晶相是在較低溫度穩(wěn)定的第一較低模量的相以及具有不同晶體結(jié)構(gòu)的較高模量、較高溫度的相。從一個(gè)相轉(zhuǎn)變到另一個(gè)可以通過(guò)適當(dāng)選擇合金系統(tǒng)、合金成分、熱處理或施加的應(yīng)力而被選擇成在從-100°c到大約+150°C或類(lèi)似的溫度跨度上發(fā)生。但是，很多有用的SMA合金在大約25°C或稍高于大約25°C或類(lèi)似溫度存在于其較低溫度相或馬氏體相，在從大約60°C _80°C或類(lèi)似溫度轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭^高溫度的相或奧氏體相。這些特性基本上確保了 SMA在大氣溫度下將處于其馬氏體相，但利用僅適度的加熱就可以容易地轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋳W氏體相。
[0008]SMA致動(dòng)器線或類(lèi)似物首先在其奧氏體相被成形為期望的形狀，然后冷卻到大氣溫度，導(dǎo)致他們?nèi)〉民R氏體晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)在其馬氏體相時(shí)，線被拉伸并且變形為其預(yù)期的預(yù)定長(zhǎng)度。該變形超過(guò)了致動(dòng)器上可以施加的最大允許的彈性應(yīng)變，經(jīng)常稱(chēng)為偽塑性變形。這些偽塑性變形的馬氏體線處于致動(dòng)器的適當(dāng)開(kāi)始狀況。
[0009]通常，在這種偽塑性變形期間施加的拉伸或應(yīng)變，S卩，線的長(zhǎng)度的改變除以其原始或基本長(zhǎng)度，不超過(guò)7%，并且更通?？赡苁?%或更小。重要的是，所有的長(zhǎng)度變化所提到的基本長(zhǎng)度是線處于其高溫度奧氏體相時(shí)的長(zhǎng)度。
[0010]在其馬氏體相適當(dāng)變形之后，當(dāng)被加熱并且轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，SMA線可以自發(fā)地回復(fù)到其原始未變形的形狀。在改變形狀時(shí)，線將縮短的量基本上等于之前它在其馬氏體相時(shí)所施加的偽塑性應(yīng)變。因此，通過(guò)適當(dāng)選擇線的長(zhǎng)度，可以實(shí)現(xiàn)任何期望的位移。作為示例，10英寸或類(lèi)似長(zhǎng)度的線，當(dāng)預(yù)應(yīng)變到大約5%的應(yīng)變時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大約半英寸或類(lèi)似的總位移?？梢酝ㄟ^(guò)增加線直徑或更通常地通過(guò)平行布置多個(gè)較小直徑的線來(lái)便于裝置的快速冷卻而增加在加熱期間施加的力。
[0011]可以通過(guò)停止加熱并且允許線冷卻到大約大氣溫度并回復(fù)到其馬氏體晶體結(jié)構(gòu)而反轉(zhuǎn)致動(dòng)器的動(dòng)作。在冷卻期間，SMA線將不會(huì)自發(fā)地將其長(zhǎng)度改變到其初始變形的長(zhǎng)度，但是在其馬氏體相時(shí)，其可以容易地再次拉伸到其初始預(yù)定長(zhǎng)度。與SMA線串聯(lián)的彈簧或其它偏置元件被選擇為當(dāng)SMA處于其不那么強(qiáng)的馬氏體相時(shí)使SMA變形。因此，在冷卻時(shí)，當(dāng)奧氏體線回復(fù)到其馬氏體相時(shí)，其被彈簧拉伸到其初始長(zhǎng)度，使得該循環(huán)可以重復(fù)。只要晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變是完全可反轉(zhuǎn)的，則通過(guò)施加適當(dāng)模量而使線延伸和縮短的這種循環(huán)可以無(wú)限地持續(xù)。
[0012]然而，在實(shí)際中，相的轉(zhuǎn)變以及相應(yīng)的循環(huán)長(zhǎng)度不是完全可反轉(zhuǎn)的，并且發(fā)生一些不可恢復(fù)的變形。這些循環(huán)接著循環(huán)的不可反轉(zhuǎn)性在重復(fù)的循環(huán)中累積，以使得線永久地延伸。這種線的永久的延伸為初始張緊的線引入了松弛，并且既降低了可以從裝置獲得的行程也導(dǎo)致其操作的非線性。這些影響可以足以損害裝置的操作，或者導(dǎo)致其沒(méi)有效率。在這種情況下，裝置可能需要被替換。
[0013]因此，需要減輕裝置中SMA致動(dòng)器的不可反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換的影響，以延長(zhǎng)這種裝置的可用循環(huán)壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明涉及一種機(jī)械張緊器裝置，其用于附接到SMA線并且適于自動(dòng)地感測(cè)和消除已經(jīng)在SMA線中產(chǎn)生的任何不可恢復(fù)的變形的影響。由不可反轉(zhuǎn)的變形過(guò)程的一些組合導(dǎo)致的不可恢復(fù)的變形將延長(zhǎng)SMA線的長(zhǎng)度并且在初始張緊的線中產(chǎn)生松弛。在操作中，張緊器將容易地使SMA線沿適于再次張緊SMA線的方向移動(dòng)，同時(shí)阻止將在SMA線中引入進(jìn)一步松弛的沿相反或反向方向的任何運(yùn)動(dòng)。張緊器能夠持續(xù)運(yùn)動(dòng)或者僅以離散的增量運(yùn)動(dòng)。因此，可以基本連續(xù)地消除松弛或者允許該松弛首先累積到某個(gè)預(yù)設(shè)的量然后再消除。張緊器可以由任何適當(dāng)?shù)墓β试磥?lái)驅(qū)動(dòng)，功率源包括例如電動(dòng)馬達(dá)，但功率優(yōu)選由存儲(chǔ)能量的裝置來(lái)提供，例如彈簧，其有很多變形。
[0015]彈簧可以對(duì)SMA施加張緊，可以直接附接到SMA線，或者更通常附接到套筒，壓接或以其它方式永久固定到SMA線。在一些實(shí)施例中，張緊器可以是兩部分式的裝置。在這些實(shí)施例中，張緊器的一部分在一端附接到SMA線，在相對(duì)的端部附接到彈簧。第二部分附接到支撐件。彈簧將使得張緊器的兩個(gè)部分相對(duì)于彼此移動(dòng)，同時(shí)張緊SMA。張緊器彈簧的強(qiáng)度應(yīng)該被選擇為自由地移動(dòng)張緊器的部分并且適度地張緊SMA線，但不應(yīng)該能夠使SMA線過(guò)度地變形。在這種兩部分式的實(shí)施例中，第一和第二張緊器部分被構(gòu)造和布置成在彈簧的促動(dòng)下提供對(duì)運(yùn)動(dòng)的最小阻力，但沿相反方向阻止運(yùn)動(dòng)。因此，一旦張緊，SMA線將保持所施加的張緊，直到額外的使用之后累積了進(jìn)一步的不可恢復(fù)的變形。
[0016]在第一實(shí)施例中，第一和第二張緊器部分是帶有不對(duì)稱(chēng)的齒的類(lèi)似形狀的齒條。齒條相對(duì)地豎直和水平布置，使得它們的齒保持接觸和接合。當(dāng)沿第一方向移動(dòng)時(shí)，齒條齒將接合并且相互干涉，當(dāng)沿相反方向移動(dòng)時(shí)，每個(gè)齒條的齒斜面將彼此滑動(dòng)，以允許齒條的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)齒條將位于SMA線和彈簧之間并且在其端部連接到SMA線和彈簧。另外的齒條永久地附接到適當(dāng)?shù)闹渭?br> [0017]在第二實(shí)施例中，第一和第二張緊器部分是帶齒的齒條和適于接合齒條的棘齒。齒條可以附接到支撐件，棘齒可以結(jié)合到保持器或框架，該保持器或框架在一端附接到SMA線并且在另一端附接到彈簧。棘齒可以圍繞銷(xiāo)樞轉(zhuǎn)，使得允許其縮回到其保持器或框架中，使得其將不會(huì)與齒條接合。因此，當(dāng)沿著第一方向移動(dòng)時(shí)，齒條的齒斜面將促使棘齒圍繞銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)并且進(jìn)入將避免與齒條的齒接合的構(gòu)造。在沿相反方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)之下，不能夠旋轉(zhuǎn)的齒條將保持展開(kāi)，并且接合齒條，防止進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)。
[0018]在第三實(shí)施例中，可以使用保持開(kāi)口墊圈來(lái)維持SMA線中的張緊。通過(guò)將SMA線附接在大致環(huán)形墊圈的凸片或向外延伸的帶角度部分上，每當(dāng)SMA線對(duì)墊圈施加張緊時(shí)，產(chǎn)生力矩。這種張緊造成墊圈(該墊圈的內(nèi)環(huán)表面與柱滑動(dòng)接合)傾斜或樞轉(zhuǎn)并且使得墊圈能夠接合柱。當(dāng)張緊被釋放時(shí)，墊圈旋轉(zhuǎn)而不與柱接合，并且可以在彈簧的作用下位移和沿著柱滑動(dòng)，以再次張緊SMA線，使墊圈旋轉(zhuǎn)，并且將SMA線固定在其張緊狀態(tài)。
[0019]在第四實(shí)施例中，彈簧附接到SMA線的端部，并且線固定在一對(duì)可釋放的抓持器之間。在該實(shí)施例中，線長(zhǎng)度的僅一部分，在抓持器和工件之間的部分，有效地操作裝置。當(dāng)抓持器被釋放時(shí)，彈簧可以再次張緊SMA線的整個(gè)長(zhǎng)度，使得當(dāng)抓持器再次接合或者再次抓持線時(shí)，線的有效長(zhǎng)度類(lèi)似地被再次張緊。在該實(shí)施例中，不同于之前所述的，在SMA致動(dòng)器的循環(huán)期間不必然發(fā)生再次張緊。再次張緊是與致動(dòng)器的正常操作分開(kāi)的過(guò)程，需要使抓持器與線分開(kāi)并且再次接合的額外的操作。因此，再次張緊必須被規(guī)劃或安排，但是可以按照需要頻繁地進(jìn)行，包括在每個(gè)循環(huán)之后進(jìn)行。
[0020]在第五實(shí)施例中，線的一端固定在帶螺紋的塞中，該塞接合固定到固定的支撐件的帶螺紋的插口，允許旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)防止沿其它方向的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)利用螺旋盤(pán)簧使插口旋轉(zhuǎn)，插口可以前進(jìn)到塞中，使線張緊。
[0021]進(jìn)一步的實(shí)施例使用馬達(dá)和制動(dòng)器，以張緊支撐在滑輪上的SMA線，進(jìn)一步地提供用于存儲(chǔ)額外的線的卷筒。該實(shí)施例進(jìn)一步使得，如果SMA線的再次張緊如此頻繁并且廣泛使得其耗盡了線的能力，則能夠利用新的和未使用的線來(lái)更換SMA線的完整長(zhǎng)度。
[0022]此外，本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。
[0023]1.一種形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括具有預(yù)先確定長(zhǎng)度的直線SMA元件和張緊器，所述SMA元件通過(guò)重復(fù)的溫度引起的長(zhǎng)度變化而循環(huán)，在這種循環(huán)過(guò)程中，所述SMA元件經(jīng)歷漸進(jìn)的和不受控制的長(zhǎng)度增加，所述張緊器補(bǔ)償所述SMA元件的不受控制的長(zhǎng)度增加，所述致動(dòng)器包括: 彈簧，所述SMA元件和所述張緊裝置與所述彈簧線性并且順次地布置和連接；
所述彈簧的一端適于附接到支撐件，第二端適于附接到所述SMA元件的第一端，在所述第二端和所述SMA元件的第一端之間固定有可移動(dòng)的構(gòu)件，所述可移動(dòng)的構(gòu)件適合于裝置的操作；以及
所述SMA元件的第二端適于附接到所述張緊器的第一端，所述張緊器的第二端適于固
定至第二支撐件。
[0024]2.如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括附接在所述SMA元件和所述第二支撐件之間的張緊彈簧、以及用于接合和固定張緊的SMA元件的可釋放的夾具。
[0025]3.如技術(shù)方案2所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊彈簧是盤(pán)簧、板簧、聚合物壓縮彈簧和氣彈簧中的一種。
[0026]4.如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括張緊彈簧和適于且布置成機(jī)械接合的兩個(gè)部件，所述部件中的一個(gè)附接到所述第二支撐件，所述第一和第二部件中的另一個(gè)在第一端固定至所述SMA元件并且在第二端固定至所述張緊彈簧，所述部件接合以便基本上防止所述部件沿第一方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及使得在張緊彈簧的促動(dòng)下能夠沿著與所述第一方向相反的第二方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0027]5.如技術(shù)方案4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊彈簧是盤(pán)簧、板簧、聚合物壓縮彈簧、時(shí)鐘彈簧和氣彈簧中的一種。
[0028]6.如技術(shù)方案4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括第一帶齒的齒條，所述第二部件包括類(lèi)似幾何結(jié)構(gòu)的第二帶齒的齒條。
[0029]7.如技術(shù)方案4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括帶齒的齒條，所述第二部件至少包括樞轉(zhuǎn)齒。
[0030]8.如技術(shù)方案4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括具有軸線的軸，所述第二部件包括保持開(kāi)口墊圈，所述保持開(kāi)口墊圈包括帶有開(kāi)口的墊圈部分，所述開(kāi)口的尺寸形成為當(dāng)所述墊圈大致垂直于所述軸的軸線時(shí)自由地在所述軸上滑動(dòng)，并且當(dāng)所述墊圈相對(duì)于所述軸的軸線傾斜時(shí)接合所述軸，所述墊圈還包括用于附接到所述SMA元件的向外成角度的部分。
[0031]9.如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括兩個(gè)部件，所述張緊器的第一部件是帶有軸線的長(zhǎng)的帶螺紋的部件并且具有圍繞其軸線設(shè)置的第一連續(xù)螺旋螺紋，所述第一部件圍繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，但通過(guò)與支撐件的接合而被約束不能沿其軸線運(yùn)動(dòng)，所述第二部件具有與所述第一螺紋互補(bǔ)的第二螺旋螺紋，所述第一部件和第二部件螺紋地接合，所述第一部件被預(yù)先張緊的扭轉(zhuǎn)彈簧施加扭矩。
[0032]10.如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括兩個(gè)部件，所述張緊器的第一部件是帶有軸線的長(zhǎng)的帶螺紋的部件并且具有圍繞其軸線設(shè)置的第一連續(xù)螺旋螺紋，所述第一部件圍繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，但通過(guò)與支撐件的接合而被約束不能沿其軸線運(yùn)動(dòng)，所述第二部件具有與所述第一螺紋互補(bǔ)的第二螺旋螺紋，所述第一部件和第二部件螺紋地接合，所述第二部件被預(yù)先張緊的扭轉(zhuǎn)彈簧施加扭矩。
[0033]11.如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括帶有棘齒和棘爪的滑輪，所述滑輪支撐和固定所述SMA元件，所述滑輪固定到所述第二支撐件。
[0034]12.一種裝置，結(jié)合有如技術(shù)方案I所述的SMA致動(dòng)器。[0035]13.一種裝置，結(jié)合有如技術(shù)方案2所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊彈簧是盤(pán)簧、板簧、聚合物壓縮彈簧和氣彈簧中的一種。
[0036]14.如技術(shù)方案12所述的裝置，其中，所述SMA機(jī)構(gòu)在第一位置和第二位置之間循環(huán)。
[0037]15.如技術(shù)方案14所述的裝置，其中，所述裝置是由可縮回氣壩、閂鎖和離合器組成的組中的一種。
[0038]16.如技術(shù)方案12所述的裝置，其中，所述SMA機(jī)構(gòu)可以獲得在第一位置和第二位置之間的一系列位置中的任意一個(gè)。
[0039]17.如技術(shù)方案16所述的裝置，其中，所述裝置是由可調(diào)整的百葉窗陣列、流體流量閥、后視鏡、側(cè)鏡和遮陽(yáng)板組成的組中的一種。
[0040]本發(fā)明其他的目的和優(yōu)點(diǎn)將從本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的以下描述而變得清楚。在這些描述的一些中，將參考在本說(shuō)明書(shū)的以下部分中描述的附圖。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1A和IB以截面圖示出了用于展開(kāi)車(chē)輛氣壩的SMA裝置。
[0042]圖2A和2B以頂視圖示出了用于空氣的受控流動(dòng)的百葉窗裝置。在圖2A中，裝置處于其未展開(kāi)或“關(guān)閉”構(gòu)造，并且用于有效地阻擋空氣通過(guò)百葉窗。在圖2B中，百葉窗被旋轉(zhuǎn)到其“打開(kāi)”位置，使得空氣能夠大致自由通過(guò)。
[0043]圖3A-3D示出了代表性SMA線致動(dòng)器的操作循環(huán)。
[0044]圖4示出了圖3A-3D所示的致動(dòng)器在重復(fù)的循環(huán)之后的SMA線幾何形狀。
[0045]圖5A示出了圖4的SMA致動(dòng)器進(jìn)一步結(jié)合了圖5B中所示的張緊器實(shí)施例，示出了相對(duì)于致動(dòng)器的其它構(gòu)件的張緊器位置。圖5B-?示出了本發(fā)明的結(jié)合了棘齒的替代性實(shí)施例，這些棘齒將SMA線附接到支撐件74，并且消除了 SMA線中產(chǎn)生的松弛。
[0046]圖6示出了結(jié)合了保持開(kāi)口墊圈的用于從SMA線消除松弛的另一個(gè)實(shí)施例。
[0047]圖7顯示了結(jié)合可選擇性釋放的夾具的用于從SMA線消除松弛的又一個(gè)實(shí)施例，該可選擇性釋放的夾具可以作用在SMA線或牢固地附接到SMA線的壓接件(crimp)或類(lèi)似結(jié)構(gòu)上。
[0048]圖8示出了用于從SMA線消除松弛的另一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例采用滑輪和可選擇性釋放的夾具來(lái)夾住線。還提供了裝置用于從卷筒饋送線，以便完全地替換不能夠提供預(yù)期設(shè)計(jì)位移的線。
[0049]圖9示出了采用帶螺紋的SMA線壓接件或類(lèi)似結(jié)構(gòu)的用于消除松弛的另一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0050]實(shí)施例的以下描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，且不旨在限制本發(fā)明、其應(yīng)用或用途。
[0051]汽車(chē)可以使用形狀記憶合金致動(dòng)或供能的裝置來(lái)操作需要有限的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)范圍的裝置。這種裝置相對(duì)簡(jiǎn)單并且質(zhì)量輕，使得它們有吸引力替代分馬力電動(dòng)馬達(dá)或類(lèi)似的機(jī)電裝置。這些裝置采取了這些形狀記憶合金能夠在兩個(gè)極端位置之間重復(fù)循環(huán)(例如在可縮回的氣壩、閂鎖和離合器)或者在預(yù)定界限之間中間的一定范圍的位置上重復(fù)循環(huán)(例如在可調(diào)節(jié)的百葉窗陣列、后視鏡或側(cè)鏡或防曬板)的能力的優(yōu)點(diǎn)。
[0052]形狀記憶合金(SMA)是特殊的合金，其經(jīng)歷兩個(gè)晶相(已知為馬氏體的低溫度相和已知為奧氏體的高溫度相)之間的基本上可反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變。具體的相轉(zhuǎn)變溫度隨著合金系統(tǒng)而不同，但通常在大約-100°C至大約+150°C或類(lèi)似之間的范圍。已經(jīng)在大量的合金系統(tǒng)(包括 N1-Ti, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, T1-Nb, Au-Cu-Zn, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Si, Ag-CdCu-Sn, Cu-Zn-Ga, N1-Al, Fe-Pt, T1-Pd-Ni, Fe-Mn-Si, Au-Zd 和 Cu-Ζη)中觀察到了形狀記憶行為，但這些合金中的僅一些是可以商業(yè)得到的。鎳鈦諾，一種接近等原子比例的鎳和鈦組成的合金，得到最廣泛的應(yīng)用。
[0053]在很多應(yīng)用中，SMA被預(yù)先形成為線或類(lèi)似的長(zhǎng)的形狀，諸如帶、鏈、線纜和條帶等，但為了方便，在以下的部分中將僅使用術(shù)語(yǔ)線。與SMA所經(jīng)歷的晶體結(jié)構(gòu)的改變相關(guān)聯(lián)的是形狀的改變，最明顯表現(xiàn)為線的長(zhǎng)度的改變。該長(zhǎng)度改變的幅度是具體合金系統(tǒng)的特性，并在諸如N1-Ti系統(tǒng)的一些系統(tǒng)中，其可以達(dá)到大約7%或類(lèi)似。當(dāng)SMA元件試圖改變其長(zhǎng)度，其可以施加明顯的力來(lái)克服任何的機(jī)械拖拉或?qū)埂Ｔ谶m當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)之下，機(jī)械裝置可以被制造成掌握并利用由轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的力，以便操作或致動(dòng)機(jī)構(gòu)或類(lèi)似的機(jī)械裝置。
[0054]圖1A和IB顯示了代表一種汽車(chē)應(yīng)用并且將在固定的端點(diǎn)之間循環(huán)的線性機(jī)械裝置的代表性示例，SMA展開(kāi)的可縮回氣壩。氣壩通常安裝在汽車(chē)的前保險(xiǎn)杠之下，并且延伸進(jìn)入車(chē)輛下的氣流中。氣壩可以改善機(jī)動(dòng)車(chē)輛的操縱和控制，增加燃料經(jīng)濟(jì)性，并且還改善用于冷卻的空氣流的路線/車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的熱交換。在較高的車(chē)輛速度并且當(dāng)它們幾乎延伸到道路時(shí)，氣壩的效率最大，但該構(gòu)造使得它們即使在低速度時(shí)對(duì)于與道路障礙物的碰撞也是最脆弱的。因此，固定的氣壩的幾何結(jié)構(gòu)必然代表空氣動(dòng)力學(xué)效率和避免氣壩與障礙物碰撞或道路危險(xiǎn)之間的一種折衷。通過(guò)使用可縮回的氣壩可以實(shí)現(xiàn)更好的折衷。這種可縮回的氣壩提供僅在高速度下展開(kāi)氣壩并且在低速度下縮回氣壩的能力，以便最小化在氣壩效率最差時(shí)損壞氣壩碰撞的可能性。
[0055]在圖1A的截面圖中，氣壩系統(tǒng)10包括氣壩22、殼體12和包括SMA線30的SMA致動(dòng)系統(tǒng)。氣壩顯示為在位于氣流38之外的縮回位置。氣壩22是大致L形，較長(zhǎng)的部分24用于插入氣流38中。氣壩22的較短的段26具有相對(duì)的表面23、25，并且機(jī)械地附接到SMA線并且響應(yīng)于其移動(dòng)。表面23固定到SMA線30的一端，表面25固定到拉伸彈簧28的一端。彈簧28的相對(duì)端附接到罩14的下側(cè)。SMA線30在其另一端固定在安裝件32處，并且繞滑輪34傳送，以實(shí)現(xiàn)更緊湊的裝置。該裝置容納在由相對(duì)的大致豎直壁18、大致水平的罩14以及相對(duì)的蓋16形成的殼體12內(nèi)。蓋16包括槽狀開(kāi)口 20，帶有柔性的翻板密封件21，該翻板密封件21密封地接合，以防止道路上的污物和碎片在氣壩22縮回時(shí)進(jìn)入殼體12。
[0056]在圖1B中，優(yōu)選通過(guò)將線的端部上的機(jī)械連接器用作電連接器并且使電流沿著線的長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)(細(xì)節(jié)未示出)，SMA線30已經(jīng)被致動(dòng)。在利用電流或其它可用方式加熱線之前，線30處于其低溫度，較低強(qiáng)度的馬氏體狀態(tài)。當(dāng)線30處于其低模量的馬氏體狀態(tài)時(shí)，其可以由彈簧28變形并拉長(zhǎng)，使氣壩22縮回到殼體12中，如圖1A所示。加熱SMA線30導(dǎo)致其轉(zhuǎn)變?yōu)槠漭^高強(qiáng)度的奧氏體狀態(tài)，顯示為圖1B中的線30’。與其轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高強(qiáng)度的奧氏體相關(guān)聯(lián)，線30試圖收縮到與奧氏體線30’相適應(yīng)的長(zhǎng)度。當(dāng)其這樣時(shí)，其施加足夠的力以克服由彈簧28所施加的力，造成彈簧28延伸并且使氣壩22的部分24通過(guò)開(kāi)口 20，在此其延伸到氣流38中。密封件21偏折為與氣壩的部分24的相對(duì)的表面接觸，使得它們可以繼續(xù)從殼體12排除水分和碎片。
[0057]當(dāng)停止加熱時(shí)，線30’將冷卻并且轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體線30。較低強(qiáng)度的馬氏體線30可以被彈簧28變形，使得彈簧28縮短并且由于其連接到氣壩22的表面25，使得氣壩22縮回到殼體12內(nèi)，如圖1A所示。
[0058]在該應(yīng)用中，SMA致動(dòng)器機(jī)構(gòu)用于操作在固定位移模式，使得氣壩將延伸超過(guò)殼體某個(gè)預(yù)定的范圍。例如，通過(guò)漸進(jìn)地增加通過(guò)線施加的電流，直到實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)位移，然后僅施加末端電流來(lái)維持期望的展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)這種相對(duì)簡(jiǎn)單的操作策略。類(lèi)似的機(jī)構(gòu)可以用于操作其它裝置，包括閂鎖和離合器。
[0059]圖2A和2B中示出了 SMA致動(dòng)器的替代性應(yīng)用。在該應(yīng)用中，布置成用于控制氣流的多個(gè)百葉窗42在樞軸46處通過(guò)連桿48連接到公共的桿58。接著，雙臂曲柄56也連接到桿58和在其相應(yīng)的臂上相對(duì)布置的SMA線52和彈簧54上。在圖2A中，百葉窗被示出為處于其關(guān)閉或“阻礙氣流”構(gòu)造。SMA線52處于其馬氏體相，并且被拉伸到預(yù)定程度。在所示構(gòu)造中，應(yīng)該注意，在關(guān)閉位置，相鄰的百葉窗彼此相干涉，因此限制或控制拉伸的程度。對(duì)于可能不發(fā)生這種干涉的其它的百葉窗幾何形狀，單獨(dú)的止動(dòng)件(未示出)可以用于限制拉伸。在圖2A中，SMA致動(dòng)器50被顯示為SMA線52處于其馬氏體相并且能夠被彈簧54所拉伸。在彈簧54的影響下，桿58沿著箭頭61的方向移動(dòng)，將連桿48定位在大約2點(diǎn)鐘位置并且關(guān)閉百葉窗。在加熱和致動(dòng)SMA線52’時(shí)，如圖2B所示，雙臂曲柄56圍繞樞軸60逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使桿58沿著箭頭62的方向位移，因此使連桿48圍繞其樞軸46逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到大約10點(diǎn)鐘位置。隨著連桿48旋轉(zhuǎn)，其又驅(qū)動(dòng)每個(gè)百葉窗42圍繞相應(yīng)的樞軸44樞轉(zhuǎn)并且將百葉窗定向成它們的“打開(kāi)”位置。
[0060]將認(rèn)識(shí)到，由于從馬氏體到奧氏體的轉(zhuǎn)變發(fā)生在一個(gè)窄的溫度范圍上而不是特定的溫度，因此在適當(dāng)溫度控制下，百葉窗的定向可以被設(shè)定為圖2A和圖2B中分別所示的“關(guān)閉”構(gòu)造和“打開(kāi)”構(gòu)造之間的任何位置?？梢圆捎妙?lèi)似位置可控的SMA致動(dòng)器的其它汽車(chē)裝置包括后視鏡和/或側(cè)鏡、遮雨板和遮陽(yáng)板。
[0061]圖3A-3D示出了代表性或一般的SMA致動(dòng)器機(jī)構(gòu)70。在圖3A中，SMA線80的一端附接到固定的支撐件74，并且在第二端附接在盤(pán)82的面上，該SM線80處于其轉(zhuǎn)變溫度之下的溫度，并且因此基本上完全處于其馬氏體相。在該較低強(qiáng)度的相中，線80容易被彈簧76變形，并且延伸到最大的預(yù)定長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度由支撐件74和止動(dòng)件86之間的間隔所建立，并且由盤(pán)82與止動(dòng)件86的干涉所增強(qiáng)。將認(rèn)識(shí)到，即使盤(pán)82接觸止動(dòng)件86，線80也處于張緊之下。盤(pán)82在一個(gè)面牢固地附接到線80，并且在相對(duì)的面附接到彈簧76的一端。彈簧76的第二端附接到固定的支撐件72。在圖3B中，SMA線80’正在被加熱，例如通過(guò)沿著其長(zhǎng)度流過(guò)的電流加熱(電路和連接件沒(méi)有示出)，并且已經(jīng)部分地轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體相，部分地使彈簧76延伸。在稍后的階段，對(duì)應(yīng)于進(jìn)一步的轉(zhuǎn)變以及圖3C中所示的線80’ ’的縮短和彈簧76’’的延伸，圖3D中示出了處于完全縮短長(zhǎng)度的線80’’’以及完全延伸的彈簧76’’’。
[0062]當(dāng)加熱被中止時(shí)，線80’’’將冷卻，其速度通常由大氣情況決定，但是如果需要快速冷卻，則可以采用強(qiáng)制冷卻。隨著線冷卻，其將在特定的溫度范圍上轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，并且在彈簧76作用下變形，使得致動(dòng)器將回復(fù)到圖3A的構(gòu)造。當(dāng)致動(dòng)器現(xiàn)在處于圖3A的構(gòu)造時(shí)，過(guò)程可以被重復(fù)。理想地，SMA線的這種縮短和延伸將完全可反轉(zhuǎn)，使得其可以經(jīng)受任何數(shù)量的重復(fù)循環(huán)而不發(fā)生特性上的任何改變。
[0063]實(shí)際中，由于變形機(jī)構(gòu)的某種不可反轉(zhuǎn)性，每個(gè)循環(huán)都發(fā)生一些幾乎不可察覺(jué)的、不可恢復(fù)的變形。隨著持續(xù)的循環(huán)，這些不可反轉(zhuǎn)性累積，促進(jìn)了 SMA線的長(zhǎng)度的逐漸增加和線80中張緊的逐漸減小，直到一定數(shù)量的循環(huán)之后，在SMA線中產(chǎn)生松弛。這是圖4中示出的情況。為了清楚，線180的張緊及其在支撐件74和82之間的彎曲被夸大了。這種額外的長(zhǎng)度或松弛作為損失運(yùn)動(dòng)裝置，降低致動(dòng)器行程或者要求線被更強(qiáng)烈地加熱以產(chǎn)生設(shè)計(jì)行程。然而，更強(qiáng)烈的加熱能夠?qū)е虏豢煞崔D(zhuǎn)性的加速累積以及裝置功能的相關(guān)聯(lián)的加速損失或者過(guò)早的材料失效。在漸進(jìn)操作的裝置中，諸如圖2A和2B的百葉窗，在行程開(kāi)始時(shí)的這種損失運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致百葉窗對(duì)加熱的響應(yīng)是高度非線性和不可預(yù)測(cè)的。通過(guò)再次張緊線180，“損失”運(yùn)動(dòng)可以被恢復(fù)并且利用比未張緊線所需要的更有限的行程維持了完整的裝置功能性。下面描述適當(dāng)?shù)膹埦o器裝置的多個(gè)實(shí)施例。
[0064]圖5A示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例，示出了其相對(duì)于圖4中所示的支撐件74、SMA線180和其它SMA元件的放置。如同將變得清楚的是，所示出的構(gòu)造可廣泛地應(yīng)用于本發(fā)明的很多實(shí)施例。在該第一實(shí)施例中，圖5B中較好示出地，線180被壓接，或者固定在套筒90中，該套筒90結(jié)合了齒條101，該齒條101與齒條98互補(bǔ)并且相對(duì)布置，該齒條98固定到拉伸彈簧92上。齒條101具有齒100，其成形并且大小設(shè)計(jì)為接合柱94的齒條98。齒100成形為當(dāng)線180被彈簧92沿箭頭102的方向促動(dòng)時(shí)容易地沿著齒條98的斜面97滑動(dòng)，但當(dāng)張緊施加到線時(shí)與陡峭傾斜的邊緣99接合。因此，在180’從馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體期間，或者在線180由彈簧76變形但處于其馬氏體形式期間，通過(guò)柱94在SMA線180和支撐件74之間建立穩(wěn)固的連接。
[0065]但隨著在線180中產(chǎn)生松弛，線在適當(dāng)存儲(chǔ)的能量裝置(此處顯示為彈簧92)的促動(dòng)下可以再次張緊，該彈簧92用于使齒100沿箭頭102的方向沿著齒條98前進(jìn)。彈簧92既用于檢測(cè)降低的張緊，也用于重新建立張緊。為了有效率，彈簧92必須被預(yù)先張緊并且作為存儲(chǔ)能量的裝置操作。如果或者當(dāng)線中的張緊損失最小時(shí)，彈簧92將是被動(dòng)的，并且持續(xù)存儲(chǔ)能量，但一旦預(yù)先確定的張緊損失發(fā)生，則存儲(chǔ)的能量的一部分將被消耗來(lái)使線再次張緊。
[0066]圖5A和5B的存儲(chǔ)能量的裝置已經(jīng)被示出為處于張緊的盤(pán)簧。當(dāng)然，能夠使張緊器的不同部分相對(duì)于彼此移動(dòng)的任何裝置(諸如電動(dòng)馬達(dá))可以用于相同目的，但基于彈簧的裝置簡(jiǎn)單并且基本上不需要維護(hù)。還將認(rèn)識(shí)到，在不同的張緊器構(gòu)造下，壓縮的盤(pán)簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、板簧、時(shí)鐘彈簧、氣彈簧、波形彈簧、或氨基甲酸乙酯(或其它柔性聚合物)壓縮彈簧可以與所示出的拉伸彈簧一樣合適或更為合適。并且，在僅需要SMA線端的小的位移來(lái)再次張緊線的情況下，諸如在采用僅短長(zhǎng)度的SMA線的小位移機(jī)構(gòu)上，可以利用一個(gè)或多個(gè)彈簧墊圈(諸如Belleville墊圈、波形墊圈或Clover Dome墊圈)來(lái)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)膹椈蓜?dòng)作。
[0067]通常，彈簧92應(yīng)該被選擇為在線180中建立的張緊大致等于由彈簧76所施加的初始張緊。將認(rèn)識(shí)到，為了恰當(dāng)工作，齒條98和齒100必須總是保持接合。適當(dāng)?shù)?，這可以通過(guò)沿箭頭96的方向施加適度壓力P來(lái)實(shí)現(xiàn)。施加這種壓力的一種方法是通過(guò)由中空套筒104所支撐的板簧106。中空的套筒104允許接近齒條98并且其大小設(shè)計(jì)為在適度使彈簧106彎曲時(shí)容納壓接件90，其確保在齒和齒條和所有相對(duì)位置下齒100與齒條98的始終接合。但也可以采用確保持續(xù)的齒接合的其它方式(諸如彈簧加載的齒100)，只要按照齒的運(yùn)動(dòng)范圍適當(dāng)設(shè)計(jì)套筒104的大小。
[0068]圖5C示出了安裝在柱194上的類(lèi)似的棘齒齒條裝置，此處使用相對(duì)的齒條198，每個(gè)帶有斜面部分97和陡峭傾斜的邊緣99。相對(duì)的齒200、200’通過(guò)壓接件190附接到線180，并且用于選擇性地接合齒條198，以便對(duì)線施加張緊。相對(duì)的齒200、200’布置成圍繞樞軸201旋轉(zhuǎn)并且旋轉(zhuǎn)到彈簧加載(細(xì)節(jié)未示出)，使得如果不相對(duì)，它們將返回到它們的延伸構(gòu)造200，但如果相對(duì)則可以獲得緊湊的構(gòu)造200’。因此斜面97和齒200的互補(bǔ)的表面297之間的接觸將導(dǎo)致齒200圍繞樞軸201向內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)該旋轉(zhuǎn)最大時(shí)，齒200將獲得齒200’的構(gòu)造，以虛線所示，為了使每個(gè)相對(duì)的齒條198清楚。因此，如果產(chǎn)生松弛，在彈簧92的促動(dòng)下，壓接件190可以朝向支撐件74移動(dòng)，張緊線180，同時(shí)在致動(dòng)器的操作期間持續(xù)抵抗沿箭頭108的方向的運(yùn)動(dòng)。將認(rèn)識(shí)到，盡管彈簧92已經(jīng)被描述為盤(pán)簧，但也可以使用其它的彈簧幾何結(jié)構(gòu)，諸如圖中示出的板簧192。更一般而言，可以使用對(duì)壓接件190施加有方向的力以張緊線180’的任何裝置，包括馬達(dá)、螺線管、液壓缸或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它裝置，不受到限制。并且，相對(duì)的齒條被顯示為對(duì)準(zhǔn)的，即每個(gè)齒條的斜面和邊緣布置為彼此相對(duì)。將認(rèn)識(shí)到，可以通過(guò)使一個(gè)齒條與另一個(gè)齒條偏離而降低有效的齒節(jié)距，只要單個(gè)齒的接合足以抵抗轉(zhuǎn)變負(fù)荷即可。此外，不管齒條是對(duì)準(zhǔn)還是偏離，壓接件190都可以結(jié)合在相互作用的齒條和齒上承受操作負(fù)荷所需要的多個(gè)齒200、200’。
[0069]圖6示出了本發(fā)明的能夠持續(xù)張緊線180’的第二實(shí)施例。此處，保持開(kāi)口墊圈112通過(guò)連接器124而連接到壓接件290，其中，保持開(kāi)口墊圈112包括墊圈部分110以及有角度的實(shí)心延伸部114，該墊圈部分110的開(kāi)口大小設(shè)計(jì)成接合柱116但在柱116上自由滑動(dòng)。圍繞柱116并且被止動(dòng)件120所支撐的壓縮彈簧118作用在保持開(kāi)口墊圈112的墊圈部分110上。當(dāng)SMA線180’松弛時(shí)，保持開(kāi)口墊圈將定向成112’所示的虛線。在此定向中，保持開(kāi)口墊圈可以沿著柱116被朝向支撐件74促動(dòng)。此時(shí)，其對(duì)連接到有角度的延伸部114的SMA線180’施加張緊，使得保持開(kāi)口墊圈沿著箭頭122的方向旋轉(zhuǎn)到112所示的傾斜構(gòu)造。在該構(gòu)造中，墊圈部分110的開(kāi)口的邊緣126接合柱116，以便在SMA裝置的操作中抵抗墊圈112沿箭頭128方向的運(yùn)動(dòng)。
[0070]圖7示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，SMA線夾在兩個(gè)夾具130、132之間。夾具130、132可以通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)夾具沿著箭頭134方向的可逆運(yùn)動(dòng)而夾住和釋放，并且在施加的壓力P作用下固定。夾具130、132中的一個(gè)或兩個(gè)可以具有特征或例如但不限于在136所示的突出部，用于加強(qiáng)抓持力。例如通過(guò)結(jié)合自身可嵌入線中的有形狀的齒或類(lèi)似特征，夾具可以產(chǎn)生僅部分約束力，或者機(jī)械地接合線。夾具可以直接作用在SMA線180’上，如圖所示，或者作用在圍繞線的壓接件或套筒上(未示出)。當(dāng)需要機(jī)械接合時(shí)，夾具應(yīng)該與壓接件或套筒接合，該壓接件或套筒優(yōu)選由軟的并且容易變形的金屬或合金制成，以避免在抓持過(guò)程中損壞SMA線。夾具130、132固定到支撐件140 (未示出)，使得在相變期間或由彈簧76張緊期間夾具130、132可以維持施加到線180’的負(fù)荷。該附接可以不干擾夾具130、132相對(duì)于彼此反向移動(dòng)以接合和脫開(kāi)SMA線180’的能力。在該實(shí)施例中，線180’的端部不固定到固定的支撐件140，而是線180’在開(kāi)口 141通過(guò)支撐件140，使得其端部可以固定到可移動(dòng)的支撐件174。
[0071]在操作中，SMA致動(dòng)器可以運(yùn)行，直到在SMA線中產(chǎn)生某種預(yù)先確定的松弛。然后，夾具130、132中的一個(gè)或兩個(gè)可以被收回，以使得夾具分開(kāi)并且釋放線180’上的壓力。隨著線180’現(xiàn)在從夾具130、132釋放，抵靠固定的支撐件140作用的壓縮彈簧292使附接到線180’的支撐件174位移，張緊線180’。然后，夾具130、132可以與線180’接觸，以固定線180’并且再次使致動(dòng)器可操作。盡管在該實(shí)施例中張緊是利用位于固定的支撐件140和可移動(dòng)的支撐件174之間的壓縮彈簧292間接實(shí)現(xiàn)的，但張緊也可以如同圖5B、5C和5D中的布置那樣利用拉伸彈簧直接實(shí)現(xiàn)。
[0072]圖8示出了張緊器的又一個(gè)實(shí)施例。將認(rèn)識(shí)到，盡管再次張緊SMA線對(duì)于恢復(fù)裝置性能可能是有效的，但這種再次張緊可能不能無(wú)限地持續(xù)。在一定操作次數(shù)后，即使線容量完整和完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，也可能不產(chǎn)生足夠的位移來(lái)實(shí)現(xiàn)令人滿(mǎn)意的裝置操作。在這種情況下，完全的線替換是唯一適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。圖8中所示的張緊器是提供張緊線280的機(jī)會(huì)并且如果單獨(dú)的再次張緊不足以恢復(fù)裝置性能時(shí)還替換有效的SMA線長(zhǎng)度280的實(shí)施例。SMA線280的長(zhǎng)度從供應(yīng)卷筒144饋送，繞過(guò)惰輪149、149’到達(dá)卷帶卷筒146。在操作中，通過(guò)分別沿箭頭142、142’的方向向外位移制動(dòng)片140、140’而釋放每個(gè)制動(dòng)片140、140’之后，通過(guò)沿箭頭152所示方向旋轉(zhuǎn)卷帶卷筒146而從供應(yīng)卷筒144收回線。供應(yīng)卷筒144不被驅(qū)動(dòng)，但是通過(guò)由線280所傳遞的卷帶卷筒146的旋轉(zhuǎn)而沿箭頭150的方向旋轉(zhuǎn)。在收回適當(dāng)?shù)木€長(zhǎng)度之后，線可以以?xún)煞N方式之一來(lái)張緊。在第一實(shí)施例中，制動(dòng)靴140可以沿著箭頭142的方向被向內(nèi)引導(dǎo)，以抵靠滑輪149鎖定線280，同時(shí)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)卷帶卷筒146，使其沿著箭頭152的方向旋轉(zhuǎn)。可以例如通過(guò)使用電動(dòng)馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)卷帶卷筒146并且記錄馬達(dá)電流來(lái)確定線280中的張緊。當(dāng)線的張緊達(dá)到預(yù)先確定的值時(shí)，通過(guò)使制動(dòng)器140’沿著箭頭142’的方向向內(nèi)位移而將制動(dòng)器140’施加到滑輪149’上，將張緊的線280鎖定在滑輪149和149’之間。在替代性實(shí)施例中，當(dāng)制動(dòng)器140和140’被釋放時(shí)，通過(guò)沿著箭頭154所示方向驅(qū)動(dòng)供應(yīng)卷筒144同時(shí)沿著箭頭152的方向驅(qū)動(dòng)卷帶卷筒146,SMA線80可以被張緊。因?yàn)閮蓚€(gè)卷筒相反地進(jìn)行作用，線280被張緊。因此，當(dāng)實(shí)現(xiàn)預(yù)先確定的張緊時(shí)，兩個(gè)制動(dòng)器140和140’可以被大致同時(shí)施加，以便在滑輪149和149’之間的線段中維持線張緊。與圖3A至3D中所示的致動(dòng)器構(gòu)造類(lèi)似地，滑輪149固定至支撐件274，滑輪149，固定至盤(pán)282。
[0073]圖8的構(gòu)造能夠使線饋送和張緊。將認(rèn)識(shí)到，通過(guò)將繞過(guò)滑輪149和149’的線280的端部固定到每個(gè)滑輪149和149’，可以?xún)H實(shí)現(xiàn)張緊?？梢岳美鐣r(shí)鐘彈簧來(lái)驅(qū)動(dòng)滑輪149和149’的一個(gè)或另一個(gè)，以便對(duì)線施加張緊?？梢岳眠m于與附接到滑輪并且與滑輪軸線同軸的棘齒(未示出)接合的棘爪(未示出)來(lái)維持張緊。
[0074]圖9示出了采用螺旋彈簧392來(lái)張緊線180’的實(shí)施例，該螺旋彈簧392以虛線顯示并且為了清楚部分剖視，以部分延伸通過(guò)接收器的帶螺紋的側(cè)面平行的內(nèi)腔408圍繞接收器402。內(nèi)腔408的尺寸和形狀設(shè)計(jì)成使得能夠接合大致圓柱形的壓接件412的外部上的螺紋410，該大致圓柱形的壓接件固定SMA線180’。接收器402接合支撐件374，使得禁止沿箭頭414方向的運(yùn)動(dòng)，但使得能夠圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)。如圖所示，這通過(guò)在接收器402的底部形成結(jié)構(gòu)406并且將結(jié)構(gòu)406定位在支撐件374中的互補(bǔ)形狀的緊密配合腔404中而實(shí)現(xiàn)，其中，結(jié)構(gòu)406包括附接到盤(pán)405的表面的軸407。結(jié)構(gòu)406和腔404的尺寸應(yīng)該使得接收器402能夠在螺旋彈簧392的促動(dòng)之下旋轉(zhuǎn)。
[0075]螺旋彈簧392在一端418固定到支撐件374，并且在第二端416固定至接收器402，使得當(dāng)被張緊時(shí)，彈簧392可以使接收器402旋轉(zhuǎn)。如果壓接件412的螺紋410接合帶螺紋的腔408，則接收器402的旋轉(zhuǎn)將使得壓接件412進(jìn)入腔408中并且張緊線180’。在張緊線180’時(shí)，盤(pán)405將被拉入與腔404的表面接觸，產(chǎn)生摩擦力，在適當(dāng)選擇彈簧張緊和螺紋節(jié)距的情況下，該摩擦力將使得線180’中具有預(yù)先確定的張緊，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)應(yīng)力。將認(rèn)識(shí)到，內(nèi)部和外部螺紋與張緊器的特定構(gòu)件的具體關(guān)聯(lián)是說(shuō)明性的，并且不是限制性的，可以與所示出的相反，不損害張緊器的操作。
[0076]張緊機(jī)構(gòu)也可以采用齒輪。齒條附接到線壓接件以及從動(dòng)的小齒輪附接到固定的支撐件的齒條和小齒輪裝置將使得能夠張緊而不會(huì)對(duì)線施加扭矩或扭轉(zhuǎn)負(fù)荷。然而，這種齒條和小齒輪機(jī)構(gòu)將要求在操作中維持功率或者要求添加制動(dòng)器，以避免向后驅(qū)動(dòng)小齒輪。帶有適當(dāng)選擇的齒輪參數(shù)的蝸輪機(jī)構(gòu)即使在功率停止的操作下也可以消除向后驅(qū)動(dòng)。然而，可能需要使線與從動(dòng)齒輪解耦的一些裝置，以避免對(duì)線施加扭矩。
[0077]雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)作為說(shuō)明描述，但是這些說(shuō)明不旨在限制本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種形狀記憶合金(SMA)致動(dòng)器，所述致動(dòng)器包括具有預(yù)先確定長(zhǎng)度的直線SMA元件和張緊器，所述SMA元件通過(guò)重復(fù)的溫度引起的長(zhǎng)度變化而循環(huán)，在這種循環(huán)過(guò)程中，所述SMA元件經(jīng)歷漸進(jìn)的和不受控制的長(zhǎng)度增加，所述張緊器補(bǔ)償所述SMA元件的不受控制的長(zhǎng)度增加，所述致動(dòng)器包括: 彈簧，所述SMA元件和所述張緊裝置與所述彈簧線性并且順次地布置和連接； 所述彈簧的一端適于附接到支撐件，第二端適于附接到所述SMA元件的第一端，在所述第二端和所述SMA元件的第一端之間固定有可移動(dòng)的構(gòu)件，所述可移動(dòng)的構(gòu)件適合于裝置的操作；以及 所述SMA元件的第二端適于附接到所述張緊器的第一端，所述張緊器的第二端適于固定至第二支撐件。
2.如權(quán)利要求1所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括附接在所述SMA元件和所述第二支撐件之間的張緊彈簧、以及用于接合和固定張緊的SMA元件的可釋放的夾具。
3.如權(quán)利要求2所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊彈簧是盤(pán)簧、板簧、聚合物壓縮彈簧和氣彈簧中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括張緊彈簧和適于且布置成機(jī)械接合的兩個(gè)部件，所述部件中的一個(gè)附接到所述第二支撐件，所述第一和第二部件中的另一個(gè)在第一端固定至所述SMA元件并且在第二端固定至所述張緊彈簧，所述部件接合以便基本上防止所述部件沿第一方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以及使得在張緊彈簧的促動(dòng)下能夠沿著與所述第一方向相反的第二方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊彈簧是盤(pán)簧、板簧、聚合物壓縮彈簧、時(shí)鐘彈簧和氣彈簧中的一 種。
6.如權(quán)利要求4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括第一帶齒的齒條，所述第二部件包括類(lèi)似幾何結(jié)構(gòu)的第二帶齒的齒條。
7.如權(quán)利要求4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括帶齒的齒條，所述第二部件至少包括樞轉(zhuǎn)齒。
8.如權(quán)利要求4所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器的第一部件包括具有軸線的軸，所述第二部件包括保持開(kāi)口墊圈，所述保持開(kāi)口墊圈包括帶有開(kāi)口的墊圈部分，所述開(kāi)口的尺寸形成為當(dāng)所述墊圈大致垂直于所述軸的軸線時(shí)自由地在所述軸上滑動(dòng)，并且當(dāng)所述墊圈相對(duì)于所述軸的軸線傾斜時(shí)接合所述軸，所述墊圈還包括用于附接到所述SMA元件的向外成角度的部分。
9.如權(quán)利要求1所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括兩個(gè)部件，所述張緊器的第一部件是帶有軸線的長(zhǎng)的帶螺紋的部件并且具有圍繞其軸線設(shè)置的第一連續(xù)螺旋螺紋，所述第一部件圍繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，但通過(guò)與支撐件的接合而被約束不能沿其軸線運(yùn)動(dòng)，所述第二部件具有與所述第一螺紋互補(bǔ)的第二螺旋螺紋，所述第一部件和第二部件螺紋地接合，所述第一部件被預(yù)先張緊的扭轉(zhuǎn)彈簧施加扭矩。
10.如權(quán)利要求1所述的SMA致動(dòng)器，其中，所述張緊器包括兩個(gè)部件，所述張緊器的第一部件是帶有軸線的長(zhǎng)的帶螺紋的部件并且具有圍繞其軸線設(shè)置的第一連續(xù)螺旋螺紋，所述第一部件圍繞其軸線自由旋轉(zhuǎn)，但通過(guò)與支撐件的接合而被約束不能沿其軸線運(yùn)動(dòng)，所述第二部件具有與所述第一螺紋互補(bǔ)的第二螺旋螺紋，所述第一部件和第二部件螺紋地接合， 所述第二部件被預(yù)先張緊的扭轉(zhuǎn)彈簧施加扭矩。
【文檔編號(hào)】G05G5/04GK103677076SQ201310386732
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月31日
【發(fā)明者】X.高, G.P.麥克奈特, G.A.埃雷拉, C.B.楚爾基爾, N.L.約翰遜, A.L.布勞恩, P.M.薩羅西, P.W.亞歷山大 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司